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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Steinspalter gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Derartige Steinspalter dienen zum Spalten oder Aufbrechen von Gestein
oder Gesteinsblöcken und umfassen zwei in ein Bohrloch einführbare Druckbacken,
die einen hydraulisch absenkbaren Gleitkeil gleitend verschiebbar zwischen sich
aufnehmen und durch Eintreiben des Keils auseinandergedrückt werden, so daß der
Gesteinsblock gesprengt wird.
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Bei herkömmlichen Steinspaltern der genannten Art ist der Gleitkeil
starr mit der sich nach unten erstreckenden Kolbenstange eines Hydraulikzylinders
verbunden, während die beiden Druckbacken über zwei einander gegenüberliegend angeordnete
Blattfeder-Paare mit dem Zylinderkörper des Hydraulikzylinders verbunden sind. Wenn
nach dem Einführen der Druckbacken in das Bohrloch der Gleitkeil hydraulisch eingetrieben
wird, so verhindern die Blattfedern eine Bewegung der Druckbacken in Vortriebsrichtung
des Gleitkeils, während sie andererseits die seitliche Spreizbewegung der Druckbacken
ermöglichen. Darüberhinaus dienen die Blattfedern dazu, die Druckbacken elastisch
in korrektem Eingriff mit dem Gleitkeil zu halten.
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Diese herkömmliche Bauweise des Steinspalters führt zu einer Anzahl
von Problemen, die sich aus der Anordnung der Blattfedern und aus der Art der Verbindung
der Blattfedern mit dem Zylinderkörper und den Druckbacken ergeben. Da die beiden
jeweils einer Druckbacke zugeordneten Blattfeder-Paare einen verhältnismäßig
großen
Abstand voneinander aufweisen, sind sie erheblichen Biegebeanspruchungen ausgesetzt,
wenn auf die mit den Blattfedern verbundenen Druckbacken infolge der Bewegung der
Felsteile ungleichmäßige Zugkräfte ausgeübt werden. Die Biegebeanspruchungen wirken
nicht nur auf die Blattfedern, sondern auch auf den Gleitkeil und auf die Druckbacken,
so daß es auch zu einer Verformung dieser Bauteile kommen kann.
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Ein weiteres Problem tritt beim Absenken des Gleitkeils auf. Wenn
sich infolge der Bewegung des Gleitkeils die beiden Druckbacken auseinanderbewegen,
so werden die einander paarweise gegenüberliegenden Blattfedern derart verformt,
daß sie divergierend auseinandertreten. Bei dem herkömmlichen Steinspalter werden
jedoch die oberen Enden der Druckbacken durch geeignete Halterungen mit den Seitenflächen
des Gleitkeils in Eingriff gehalten, so daß die Spreizbewegung der Druckbacken in
Bezug auf den Gleitkeil begrenzt wird. Wenn nun die einandergegenüberliegenden Blattfedern
von oben nach unten divergent auseinanderlaufen, so werden ihre starr mit den Druckbacken
unteren Enden zwangsweise aufeinander zu gebogen. Dies führt dazu, daß beträchtliche
Biegekräfte auf die Halterungen ausgeübt werden. Hierdurch wird die Lebensdauer
der Halterungen beträchtlich verkürzt.
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Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Vorrichtung tritt beim Zurückziehen
des Gleitkeils im Anschluß an den Spaltvorgang auf. Wenn der mit den Druckbacken
in gleitender Berührung stehende Gleitkeil nach oben gezogen wird, so treten an
den Blattfedern longitudinale Druckkräfte auf. Je größer die Reibung zwischen den
Druckbacken und dem Gleitkeil ist, desto größer sind die an den Blattfedern auftretenden
Druckspannungen.
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Die Blattfedern sind bei der herkömmlichen Vorrichtung sowohl mit
den Druckbacken als auch mit dem Zylinderkörper starr verbunden. Dies führt dazu,
daß die Druckspannungen leicht so hohe Werte erreichen, daß die Blattfedern seitlich
ausweichen und unter Umständen infolge der dabei auftretenden starken Durchbiegung
zerstört werden. Derartige Druckkräften an den Blattfedern und den Druckbacken können
auch während des Spaltvorgangs auftreten. Wenn das Gestein durch die Keilwirkung
des Steinspalters gespalten wird, so haben die Bruchstücke die Tendenz, sich nach
oben zu bewegen. Diese aufwärts gerichteten Kräfte übertragen sich auf die Druckbacken
und bilden somit eine weitere Ursache für die Zerstörung der Blattfedern und der
Druckbacken durch Druckspannungen.
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Die Erfindung ist darauf gerichtet, die Nachteile des oben genannten
Standes der Technik zu überwinden und einen Steinspalter zu schaffen, bei dem die
Verformung oder Zerstörung des Gleitkeils, der Druckbacken und der Blattfedern wirksam
verhindert wird.
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Die Erfindung ergibt sich kurzgefaßt aus dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Steinspalter umfaßt einen Gleitkeil, der mit
der Kolbenstange eines Hydraulikzylinders verbunden ist und sich von dieser aus
nach unten erstreckt, sowie zwei Druckbacken, die mit den schräg verlaufenden Kanten
des Gleitkeils in gleitender Berührung stehen. Die Druckbacken sind mit dem Zylinderkörper
des Hydraulikzylinders durch vier Paare einander gegenüberliegend angeordneter Blattfedern
verbunden.
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Auf jeder Seite des Gleitkeils sind zwei Blattfeder-Paare derart angeordnet,
daß sie in der Normalstellung dicht
aneinander anliegen. Die Blattfedern
jedes einzelnen Paares weisen einen gewissen Abstand zueinander auf und sind an
den unteren Enden starr mit einer der Druckbacken verbunden. Die oberen Enden sämtlicher
vier Blattfeder-Paare sind mit dem Zylinderkörper über elastische Einrichtungen
verbunden, die die Blattfedern nach unten vorspannen. Die Blattfedern sind somit
zusammen mit den Druckbacken entgegen der Kraft der elastischen Einrichtungen innerhalb
eines begrenzten Bereichs nach oben in Bezug auf den Zylinderkörper verschiebbar.
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Ferner sind Begrenzungseinrichtungen oder Anschläge an dem Zylinderkörper
vorgesehen, die die Aufwärtsbewegung der Druckbacken und der Blattfedern zuverlässig
auf einen vorgegebenen Wert begrenzen.
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Erfindungsgemäß ist somit jede der Druckbacken mit Hilfe zweier Paare
von Blattfedern an dem Zylindergehäuse befestigt. Die beiden Paare sind auf entgegengesetzten
Seiten des Gleitkeils angeordnet und liegen normalerweise dicht an den entsprechenden,
der anderen Druckbacke zugeordneten Blattfeder-Paaren an. Die Blattfedern jedes
einzelnen Paares verlaufen normalerweise parallel in Abstand zueinander. Durch diese
Anordnung der Blattfedern werden größere Biegebeanspruchungen an dem Gleitkeil und
den Druckbacken selbst dann wirksam verhindert, wenn die beiden jeweils aus zwei
Paaren bestehenden Blattfeder-Sätze während des Betriebs des Steinspalters ungleichmäßig
belastet werden. Durch die paarweise Anordnung der Blattfedern wird ferner erreicht,
daß die Blattfedern sich beim Absenken des Gleitkeils in der Weise verformen, daß
sie ihrerseits die Spreizbewegung der Druckbacken in Bezug auf den Gleitkeil begrenzen.
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Auf diese Weise werden die Halterungen, die die oberen Enden der Druckbacken
an dem Gleitkeil festlegen, gegen übermäßige Biegebeanspruchungen geschützt, so
daß sie eine längere Lebensdauer aufweisen.
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Durch die elastische Verbindung der vier Blattfeder-Paare mit dem
Zylinderkörper werden zudem die während des Spaltvorgangs an den Druckbacken auftretenden
aufwärts gerichteten Kräfte abgefedert , so daß das seitliche Ausbiegen der Blattfedern
verhindert wird. Die Begrenzungseinrichtungen werden bevorzugt durch mehrere Begrenzungsstäbe
gebildet, die mit ihren oberen Enden starr an dem Zylinderkörper oder einem entsprechenden
Bauteil befestigt sind und mit ihren unteren Enden in geringem Abstand oberhalb
der oberen Stirnflächen der Druckbacken angeordnet sind. Folglich bilden die Begrenzungsstäbe
Anschläge, die die Aufwärtsbewegung der Druckbacken begrenzen, so daß die elastischen
Einrichtungen an den oberen Enden der Blattfedern nicht über ein vorgegebenes Maß
hinaus verformt werden können.
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Auf diese Weise wird verhindert, daß an den Blattfedern übermäßige
Druckspannungen auftreten.
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Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Figur 1 ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines in
ein Bohrloch eingeführten Steinspalters gemäß der Erfindung; Figur 2 ist ein vergrößerter
Schnitt durch den Steinspalter und zeigt Einzelheiten von Blattfedern und zugeordneten
Teilen des Steinspalters; Figur 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III in Figur
2; Figur 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV in Figur 3 und zeigt Einrichtungen
zur
elastischen Verbindung der oberen Enden der Blattfedern mit
dem Zylinderkörper eines Hydraulikzylinders; Figur 5 ist ein Schnitt ähnlich Figur
4 und zeigt die Blattfedern in der elastisch nach oben verschobenen Stellung; und
Figur 6 zeigt ein Blattfeder-Paar in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht
und dient zur Erläuterung der Wirkungsweise der Blattfedern.
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In Figur 1 ist mit 10 ein Hydraulikzylinder bezeichnet, der beispielsweise
in herkömmlicher Weise an dem Ausleger eines Arbeitsfahrzeugs oder dergleichen befestigt
ist.
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Der Hydraulikzylinder 10 umfaßt einen Zylinderkörper 12, einen in
dem Zylinderkörper gleitend verschiebbaren Kolben 14 und eine Kolbenstange 16, die
sich von dem Kolben aus nach unten erstreckt. Die Kolbenstange 16 ist in linearer
Ausrichtuny mit einem Glcitltcil 18 verbunden. Der Gleitkeil 18 weist zwei gegenüberliegende
schräge Flanken 20 auf, so daß er sich nach unten allmählich verjüngt.
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Zwei Druckbacken 22 stehen mit den Flanken 20 des Gleitkeils 18in
gleitender Berührung, so daß sie bei der Abwärtsbewegung des Gleitkeils gespreizt
werden.
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Die Druckbacken 22 sind jeweils an ihren inneren Oberflächen mit reibungsmindernden
Beschichtungen 24 versehen, so daß die Reibung bei der Gleitbewegung des Gleitkeils
18 minimiert wird. Unterhalb der Druckbacken 22 ist ein Keil-Schutzrohr 26 angeordnet,
das an zwei Halterungsstreifen 28 befestigt ist. Die Halterungsstreifen 28, von
denen in Figur 1 lediglich einer dargestellt ist, sind an den
entgegengesetzten
Seiten der Druckbacken 22 angeordnet.
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Wenn der Gleitkeil 18 abgesenkt wird, so nimmt das Schutzrohr 26 die
Spitze des Gleitkeils auf und schützt diese gegen Beschädigung.
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Wie deutlicher in den Figuren 2 und 3 zu erkennen ist, sind die beiden
Druckbacken 22 jeweils an ihrem oberen Ende starr mit vier einander paarweise gegenüberliegenden
Blattfedern 30 verbunden. Die beiden einer Druckbacke zugeordneten Blattfeder-Paare
sind an den gegenüberliegenden Seiten des Gleitkeils 18 angeordnet und mit ihren
unteren Enden mit Hilfe eines Anschlußstückes 32 an den Druckbacken 22 befestigt.
Das Anschlußstück 32 ist auf jeder Seite des Gleitkeils 18 mit Hilfe eines quer
durch das Anschlußstück, die Druckbacke 22 und eines der Blattfeder-Paare 30 verlaufenden
Stiftes 34 an der Druckbacke festgelegt. Die insgesamt vier Blattfeder-Paare 30
dienen dazu, die Druckbacken 22 derart mit dem Zylinderkörper 12 des Hydraulikzylinders
10 zu verbinden, daß die Druckbacken in Richtung der Abwärtsbewegung des Gleitkeils
18 starr in Bezug auf den Hydraulikzylinder festgelegt und dennoch durch die Keilwirkung
spreizbar sind. Zwischen den Blattfedern 30 eines jeden Paares ist ein Abstandshalter
36 eingefügt, so daß die beiden Blattfedern normalerweise parallel in Abstand zueinander
verlaufen. Im Normalfall liegen ferner die beiden auf der gleichen Seite des Gleitkeils
18 angeordneten Blattfeder-Paare 30 mehr oder weniger fest aneinander.
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In Figuren 4 und 5 ist dargestellt, wie die vier Blattfeder-Paare
30 mit dem Zylinderkörper 12 des Hydraulikzylinders 10 verbunden sind. In diesem
Zusammenhang ist unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2 zu erwähnen, daß der Zylinderkörper
12 an seinem unteren Ende mit einer Drehkupplung 38 versehen ist, die eine Drehung
des
Gleitkeils 18, der Druckbacken 22, der Blattfedern 30 und dergleichen um eine gemeinsame
senkrechte Achse gestattet, so daß der Felsblock in jeder gewünschten Richtung gespalten
werden kann. Im Hinblick auf die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe hat die
Drehkupplung keinen nachteiligen Einfluß auf die Wirkung der Blattfedern 30 und
der zugeordneten Bauteile. In Figuren 4 und 5 wird daher davon ausgegangen, daß
die Drehkupplung 38 nicht vorhanden ist.
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Zwei Gleitgehäuse 40 sind somit im wesentlichen einstückig mit dem
Zylinderkörper 12 ausgebildet. Von dem Gleitgehäusen 40 ist in Figuren 4 und 5 lediglich
eines im Schnitt dargestellt. In Figur 3 sind beide Gleitgehäuse in der Ansicht
von unten zu erkennen. Wie aus Figur 3 hervorgeht, sind die Gleitgehäuse 40 auf
den entgegengesetzten Seiten des Gleitkeils 18 an der Unterseite des Zylinderkörpers
12 angeordnet. In jedem der Gleitgehäuse ist ein in Figuren 4 und 5 gezeigter Schlitten
42 innerhalb eines begrenzten Bereichs gleitend aufwärts und abwärts beweglich.
An jedem der Schlitten 42 ist mit Hilfe eines Querstiftes 44 eines der Blattfeder-Paare
30 zusammen mit dem zwischen den Blattfedern eingefügten oberen Ahstandshalter 36
befestigt. Eine in den Schlitten 42 eingeschraubte Schraube 46 erstreckt sich frei
durch eine Öffnung 48 eines Anschlagkörpers 50, der zusammen mit beiden Schlitten
42 aufwärts und abwärts beweglich ist.
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Zwischen den Gleitgehäusen 40 und den Schlitten 42 sind elastische
Einrichtungen eingefügt, die im gezeigten Beispiel durch Schläuche 52 aus elastomerem
Material, vorzugsweise aus hartelastischem Polyurethan-Gurtmi gebildet werden. Die
Schläuche 52 umgeben jeweils eine der Schrauben 46 -und werden lose in der Öffnung
48 des Anschlagkörpers 50 aufgenommen. Die elastischen Schläuche
52
spannen normalerweise den Boden des Schlittens 42 gegen den Boden des Gleitgehäuses
40, wie in Figur 4 gezeigt ist. Bei einer Aufwärtsbewegung der Schlitten und der
zugeordneten Blattfedern 30 geben die elastischen Schläuche jedoch nach, bis der
Anschlaqskörper 50 an der Decke des Gleitgehäuses anschlägt, wie in Figur 5 dargestellt
ist.
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Gemäß Figuren 1 bis 3 ist der erfindungsgemäße Steinspalter ferner
mit Begrenzungseinrichtungen versehen, die die Aufwärtsbewegung der Druckbacken
22 in Bezug auf den Zylinderkörper 12 des Hydraulikzylinders 10 nach elastischer
Verformung der Schläuche 52 begrenzen. Die Begrenzungseinrichtungen umfassen im
gezeigten Beispiel zwei Begrenzungsstäbe 54, die sich jeweils von einem der Gleitgehäuse
40 aus nach unten erstrecken und in der Normalstellung des Steinspalters dicht oberhalb
einer durch das Anschluß stück 32 gebildeten oberen Stirnfläche 56 der Druckbacke
enden, Wenn die elastischen Schläuche 52 nachgeben, so schlagen die Stirnflächen
56 an den beiden Begrenzungsstäben 54 an. Wie oben erwähnt wurde, können die Gleitgehäuse
40 im wesentlichen einstückig mit dem Zylinderkörper 12 ausgebildet sein.
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Folglich wirken die Begrenzungsstäbe 54 so, als seien sie unmittelbar
mit dem Zylinderkörper 12 verbunden, so daß sie die Aufwärtsbewegung der Druckbacken
22 in Bezug auf den Zylinderkörper 12 zuverlässig begrenzen.
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Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Steinspalters werden in üblicher
Weise die beiden Druckbacken 22 zusammen mit dem zwischen den Druckbacken aufgenommenen
Gleitkeil 18 in ein Bohrloch 58 eingeführt, wie in Figur 1 dargestellt ist. Der
Gleitkeil 18 wird
durch die Wirkung des Hydraulikzylinders 10 zwangsweise
nach unten getrieben, so daß seine schrägen Flanken 20 über die reibungsmindernden
Beschichtungen 24 der Druckbacken 22 gleiten und die beiden Druckbacken entgegen
der Kraft der vier Blattfeder-Paare 30 auseinander bewegen. Auf diese Weise wird
der Felsblock gespalten oder aufgebrochen.
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Wenn die Druckbacken 22 in der oben beschriebenen Weise auseinanderbewegt
werden, so werden entsprechend auch die unteren Endbereiche der Blattfedern 30 auseinanderbewegt,
da diese mit den Druckbacken 22 verbunden sind. Da jedes der Blattfeder-Paare an
beiden Enden starr mit dem Anschlußstück 32 bzw. dem Schlitten 42 verbunden ist
und da die einzelnen Blattfedern des Paares durch die Abstandshalter 36 parallel
in Abstand zueinander gehalten werden, wird das Blattfeder-Paar derart verformt,
daß seine entgegengesetzten Endabschnitte annähernd parallel zueinander ausgerichtet
sind, wie in Figur 6 dargestellt ist.
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Auf diese Weise wird eine unerwünschte Spreizung der oberen Endbereiche
der Druckbacken 22 verhindert, ohne daß übermäßige Kräfte auf die Führungsprofile
ausgeübt werden, die die Druckbacken mit dem Gleitkeil 18 in Eingriff halten.
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Die Druckbacken 22 können die von dem gespaltenen Felsblock ausgeübten,
aufwärts gerichteten Gegenkräfte aufnehmen. Dabei geben die elastischen Schläuche
52 nach, so daß sich die Druckbacken 22 zusammen mit den Blattfedern 30 nach oben
verschieben und die aufwärts gerichteten Kräfte abgefedert werden. Nach der vollständigen
Verformung der elastischen Schläuche 52 schlagen die Stirnflächen 56 der Druckbacken
22 an den Begrenzungsstäben 54 an, so daß eine weitere Aufwärtsbewegung der Druckbacken
22 verhindert und die Blattfedern 30 gegen Durchbiegen und Zerstörung geschützt
werden.
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Nach Abschluß des Spaltvorgangs wird der Gleitkeil 18 mit Hilfe des
Hydraulikzylinders 10 zurückgezogen. Infolge der Reibung zwischen dem Gleitkeil
18 und den Druckbacken haben die Druckbacken 22 die Tendenz, sich nach oben zu bewegen.
Die Aufwärtsbewegung der Druckbacken wird jedoch verhindert durch die Blattfedern
30, auf die die aufwärts gerichteten Kräfte im wesentlichen in Längsrichtung einwirken.
Diese auf die Blattfedern einwirkenden Längskräfte haben die Tendenz, die Blattfedern
zu stauchen und dadurch zu verbiegen.
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Da jedoch die beiden mit einer Druckbacke verbundenen Blattfeder-Paare
dicht an den entsprechenden Blattfeder-Paaren der anderen Druckbacke anliegen, stützen
sich die Blattfedern gegenseitig ab, so daß sie gemeinsam die aufwärts gerichteten
Kräfte aufnehmen. Dies gilt auch dann, wenn sich die von den beiden Druckbacken
ausgeübten Kräfte unterscheiden. Auch bei diesem Vorgang können die Schläuche 52
elastisch nachgeben, und durch die Begrenzungsstäbe 54 wird die Aufwärtsbewegung
der Druckbacken begrenzt und somit eine Überbeanspruchung der Blattfedern verhindert.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird somit gewährleistet, daß in keinem Fall
nennenswerte Biegebeanspruchungen an den Blattfedern 30, den Druckbacken 22 und
dem Gleitkeil 18 auftreten.
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